Изостатическое прессование при синтезе керамических и металлокерамических материалов

Изостатическое прессование применяется во многих отраслях промышленности, начиная с обработки металлов, заканчивая изготовлением керамических подшипников. Для достижения поставленной на производстве или в лаборатории задачи может применяться холодное или горячее изостатическое прессование.

Холодное изостатическое прессование

Холодное изостатическое прессование обычно применяется для предварительной формовки порошковых материалов перед дальнейшим спеканием или горячей изостатической обработкой. Холодное изостатическое прессование бывает двух типов: жидкостное изостатическое прессование и сухое изостатическое прессование.

При жидкостном прессовании сосуд высокого давления заполняется жидкостью, и резиновая оболочка с порошком помещается в жидкость. Данный тип изостатической обработки требуется для получения больших, сложных по форме деталей или в случае, когда необходимо получать большое количество деталей.

При сухом изостатическом прессовании, в качестве оболочки выступает непосредственно сам сосуд высокого давления. Данный тип прессования применяется для получения деталей несложной формы и небольших размеров.

Главным преимуществом изостатической обработки является однородность распределения плотности по объему детали, что в дальнейшем оказывает влияние на усадку материала в процессе спекания. Для длинных деталей, а так же для деталей сложной формы использование гидравлического пресса может привести к неравномерному распределению плотности порошка по длине детали. В изостатическом прессовании данный недостаток устраняется в результате воздействия всестороннего давления. Следует отметить, что технология формования при помощи изостатического пресса подразумевает использование связки при прессовании, которая в дальнейшем выжигается в процессе спекания.

В процессе спекания осуществляется конечная консолидация получаемых деталей. Спекание может быть реализовано как в вакууме, так и в среде инертного газа. Температура спекания выбирается чуть ниже точки плавления материала. При данной температуре скорость процесса диффузии будет максимальная, что приводит к увеличению плотности образца. При спекании можно получить плотность материала в диапазоне 94% - 99%.

Горячее изостатическое прессование

В процессе горячего изостатического прессования реализуется одновременное воздействие на обрабатываемый материал температуры (как в процессе спекания) и давления. Это приводит к равномерному уплотнению и спеканию материала. Горячее изостатическое прессование может быть использовано для непосредственной обработки порошковых материалов или для дополнительной обработки деталей после процесса холодно изостатического прессования.

Рассмотрим, как реализуется процесс горячего изостатического прессования. Основной задачей является передача давления напрямую обрабатываемому материалу. Для этого используются пресс-формы из стали или стеклянные оболочки. Данный метод используется преимущественно для получения деталей простой формы. Для получения более сложной формы, как правило, применяют холодное изостатическое прессование, поскольку резиновую пресс-форму сделать проще, чем стальную.

Подготовленные при помощи холодного изостатического прессования материалы в дальнейшем спекаются или подвергаются процессу ГИП. В последнем случае достигается максимально высокая плотность и низкая пористость материала. Таким методом получают большинство деталей из титана. Кроме того, его можно применять для получения пластичных материалов, керамики и композитов.

Процесс горячего прессования позволяет получить высокую степень однородности структуры по всему объему детали. Детали, получаемые методом горячего изостатического прессования, обладают максимальным значением усталостной прочности по сравнению с другими методами. Метод так же используется для консолидации таких материалов как сверхпроводники, ферриты и другие материалы, для которых требуется получить однородность свойств по объему. ГИП используется для получения прозрачной керамики и для допирования матриц различными добавками.

Основным недостатком при использовании процессов горячего и холодного изостатического прессования является высокая стоимость оборудования. Однако использование данных методов позволяет получать материалы с наилучшими свойствами. Кроме того, в последнее время, ситуация на рынке оборудования начала меняться в лучшую сторону, поскольку сейчас достаточно много производителей занимаются изготовлением деталей для прессов изостатического прессования.